JP2004101608A - 像加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立ち上がり時の昇温時間の短縮、消費電力の低減、さらには高速、高画質といったすべてにおいて優れた性能を達成し、クイックスタート性、定着均一性、高画質定着性を備えたオンデマンドタイプの像加熱装置を提供する。
【解決手段】弾性層１２を有する像加熱用回転体１０と、固定支持され、像加熱用回転体１０の外表面との間で形成した第１ニップ部Ｈより、像加熱用回転体表面を外部加熱する板状加熱ヒータ２１と、像加熱用回転体１０に圧接して第２ニップ部Ｎを形成する加圧部材３０と、を有し、第２ニップ部Ｎに記録材Ｐを導入して挟持搬送させることで記録材上の画像を加熱する像加熱装置であり、板状加熱ヒータ２１に供給する目標供給電力量を設定し、画像加熱時に少なくとも像加熱用回転体１０が１周する範囲においては略一定の電力を加熱ヒータ２１に供給することを特徴とする像加熱装置。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置において、作像プロセス部で記録材（転写材、印字用紙、感光紙、静電記録紙等）に転写方式あるいは直接方式で形成担持させた目的の画像情報の未定着トナー画像を永久固着画像として熱定着処理する加熱定着装置として用いて好適な像加熱装置に関するものである。
【０００２】
また、この像加熱装置は、記録材上の未定着トナー画像を加熱して仮定着する装置、画像を担持した記録材を加熱して、つや等の表面性を改質する装置等としても使用できるものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に具備される像加熱装置としての加熱定着装置においては、未定着トナー像を担持した記録材を、互いに圧接して回転する加熱用回転体としての定着ローラと加圧部材としての加圧ローラとで形成されるニップ部を通過させることにより記録材上に永久画像として定着させる、いわゆる熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用いられている。
【０００４】
図９にその熱ローラ方式の加熱定着装置の概略構成を示す。定着ローラ４０は、アルミニウムやステンレス製の中空芯金４２の内部にハロゲンランプ等の加熱体４１を設け、外表面にはトナーのオフセットを防止するためのフッ素樹脂等の離型性層４３を備えたものである。定着ローラ表面の温度をサーミスタ等の温度検知手段４４を用いて検知し、不図示の通電制御回路により温度検知手段４４で検知される定着ローラ表面温度が一定になるように加熱体４１への通電を制御している。
【０００５】
また、加圧ローラ５０は、芯金５１の外部にシリコンゴム等より形成した弾性層、あるいはシリコンゴムを発泡してなるスポンジ弾性層５２を形成し、さらにその外層には定着ローラ４０と同様のフッ素樹脂等の離型性層５３が形成されている。
【０００６】
上記定着ローラ４０と加圧ローラ５０は所定の押圧力で相互圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させてあり、また矢印の方向に回転駆動される。そして定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像を形成担持させた記録材Ｐを導入して挟持搬送させて通過させることにより未定着トナー画像を記録材Ｐ上に熱と圧力で永久固着画像として定着させるものである。
【０００７】
また、高速機あるいはカラートナーを用いた画像形成装置の場合、トナーの定着性を十分に満足し、定着ムラを防止するために、上記定着ローラ４０の中空芯金４２と離型性層４３の間にシリコンゴム等の厚み２ｍｍ程度の弾性層を設けたものもあり、軟らかくなった定着ローラ表面で記録材上のトナーを包み込むことで、記録材およびトナーへの熱の伝搬効率を向上させている。
【０００８】
しかしながら、近年の環境問題の一つとして消費電力の低減が強く望まれる一方で、市場ニーズからは高画質および高速での画像出力が望まれている。そこで、このような消費電力の低減と高速・高画質の要求に応えるために、上記の熱ローラ方式の加熱定着装置に対して種々の改善が試みられている。
【０００９】
一つは、定着ローラ４０の昇温時間を短縮し消費電力を小さくする目的で、図１０のように加熱体４６、５４をそれぞれ内包する加熱用回転体４７および５５をそれぞれ弾性層４５、５２を有する定着ローラ４０や加圧ローラ５０の外表面に配置させ、外表面のみを加熱することで、低消費電力で熱効率の良い加熱定着装置の１例が特開平１０−３０１４１７号公報、特開平１１−０７３０５０号公報等に提案されている。
【００１０】
このような定着ローラ４０や加圧ローラ５０の外表面に配置させる外部加熱用部材としては、接触状態にあるものと、非接触状態にあるものと大別されるが、接触式の方が熱の伝搬効率が高い。また、図１０に示したように加熱体４６、５４を内包するタイプの加熱用回転体４７、５５の他に、中空芯金の内面にポリイミド等の有機樹脂やガラス等の絶縁層を介して通電発熱抵抗層を備えたヒートローラタイプのものもある。
【００１１】
一方では、特にスタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた方法、詳しくはヒータ部と加圧ローラの間に熱容量の小さく薄肉のフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式による加熱定着方法の１例が特開昭６３−３１３１８２号公報・特開平２−１５７８７８号公報・特開平４−４４０７５号公報・特開平４−２０４９８０号公報等に提案されている。
【００１２】
図１１にフィルム加熱方式の１例の概略構成を示す。すなわち図において、６０はフィルムアセンブリであり、アルミナ、チッ化アルミ等のセラミック基板上に通電発熱抵抗層が形成された加熱ヒータ６１が耐熱性樹脂より形成されたステイホルダー６２に固定され、このステイホルダー６２にルーズに外嵌させたポリイミド等の耐熱性の薄肉フィルム６３（以下、定着フィルムと記す）を有する。
【００１３】
このフィルムアセンブリ６０の加熱ヒータ６１と加圧ローラ５０とを定着フィルム６３を挟んで圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させてある。
【００１４】
定着フィルム６３は、加圧ローラ５０の矢印の方向の回転駆動力により、定着ニップ部Ｎにおいて加熱ヒータ６１に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される。加熱ヒータ６１の温度は、ヒータ背面に配置されたサーミスタ等の温度検知手段６４により検知し、不図示の通電制御部へフィードバックされ、加熱ヒータ６１が所定の一定温度（定着温度）になるように加熱、温調される。
【００１５】
このようなフィルム加熱方式の加熱定着装置を用いたプリンター、複写機等の各種画像形成装置は、加熱効率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中の予備加熱の不要化や、ウエイトタイムの短縮化など、従来の熱ローラ方式の加熱定着装置に比べて多くの利点を有している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した各種従来方式の加熱定着装置は相互間の対比においては何れも一長一短を有しており、例えば、熱ローラ方式の加熱定着装置とフィルム加熱方式の加熱定着装置との対比で、高速性、耐久性等の点では、熱ローラ方式の加熱定着装置が優れている。
【００１７】
熱ローラ方式の加熱定着装置でも、高速の画像形成装置に対応するためには、定着ローラは弾性層を有することが必要となってくるが、従来の弾性層を有する熱ローラ方式の加熱定着装置では、定着ローラの熱容量が大きく、熱伝導の悪い弾性層を介して内面からの伝熱により定着ローラ表面を所定温度に昇温させるために要する時間はフィルム加熱方式と比較すると圧倒的に長く、また定着ローラを所定温度に昇温させるために必要な電力が大きくなる。また、画像形成装置の電源をＯＮしてからプリント開始可能になるまでのウエイトタイムが長くなり、さらにスタンバイ中もある程度定着ローラを加熱しておく必要があることから、消費電力が多くなるという点でも不利である。
【００１８】
また、図１０に示すように比較的熱容量の小さい加熱部材（ヒートローラ）によって外部から定着ローラ表面および加圧ローラ表面を加熱する方式では熱容量の大きい定着ローラの内面まで温める必要はなく、表面のみ昇温すれば良いため所定温度までの加熱時間の短縮や消費電力を低く抑えることが可能となる。しかし、それでもフィルム加熱方式と比較すると圧倒的に劣る。それはヒートローラの構成が図のように中空芯金内にハロゲンヒータを内包する構成の場合、定着ローラを温める前にヒートローラ自体を温めるために時間を要する。
【００１９】
また、金属パイプの内面に絶縁層を介して発熱抵抗層を有する構成のヒートローラでは、前記ハロゲンヒータで昇温するタイプよりは早く立ち上がるがこのようなローラ形状の加熱部材では、定着ローラに熱を供給できるのは、ヒートローラと定着ローラで圧接して形成される加熱ニップ部においてのみ可能であり、ニップで接している部分以外は外気に熱を放出してしまうため熱の供給が非効率になってしまうと共に、フィルム加熱方式に比べやはり熱容量が大きく、スタンバイ中はある程度の加熱が必要になっていた。
【００２０】
よって画像形成装置の記録材搬送速度が遅い場合は、定着ローラに供給すべき熱量が少なくてすむため、ローラ形状のヒートローラでも十分間に合うが、記録材搬送速度が速くなるとヒートローラの加熱ニップ以外から放出される熱がロスとなり定着ローラへの熱供給が間に合わなくなる。
【００２１】
また、フィルム加熱方式や弾性層を具備しない定着ローラ（ハードローラ）方式の加熱定着装置の場合、被記録材上のトナー画像の定着性は被記録材の厚み、表面性に大きく左右されることが知られている。特に表面性の粗い記録材では定着性が著しく損なわれる。これは表面の凹凸が粗い記録材に未定着トナー像を加熱定着する場合、未定着トナー像と接触する加熱部材表面が硬いため記録材の凹部に熱が効率よく供給されない為である。このため、局所的に定着性が悪くなり、トナー画像表面ががさついてしまう。すなわち記録材上のトナー像の定着ムラが発生し、特に写真画像等のハーフトーン画像やカラー画像の場合にはがさついた画像になってしまう。このがさつきは定着性に不利な高速化によりさらに顕著になってくる。その結果、表面性の悪い記録材でも良好な定着性、高画質を得るためには定着加圧力を高くする、定着温度を高くする必要がある。
【００２２】
しかしながら、定着圧力を高くする方法は加熱定着装置の駆動トルクが高くなり、装置コストが高くなりやすい。特にフィルム加熱方式の加熱定着装置にあっては、熱源としての加熱体に対して加熱用回転体であるフィルムが定着ニップ部で摺動するために回転トルクが大きくなりやすい為、加圧力を大きくすることが難しく、総圧で高々１５ｋｇ程度が限界とされ、定着ニップ領域内の線圧は低めとされる。そのため、表面性の悪い記録材の定着性を良くするためには定着温度を高くせざるを得なくなる。
【００２３】
しかしながら単に定着温度を高くした場合、薄い記録材や表面性の良い記録材に対しては過剰な熱量が供給されることになり、ホットオフセットが発生したり、紙のカール量が大となるような弊害が生じる。
【００２４】
このため、高速化した画像形成装置で様々な記録材の定着性、画質を向上するためには、記録材の未定着トナー形成面と接触する加熱部材に弾性層を設ける必要があるが、前述したようにクイックスタート性を満足する加熱定着装置は今のところ実現していない。
【００２５】
以上、従来の加熱定着装置では、スタンバイ中に電力を消費せず、プリント信号を受信してから未定着トナー像が形成された記録材を加熱定着するまでの時間（以下、ファーストプリントタイム）を十分に低減し、画像形成装置の高速化を達成すると共にハーフトーン画像やカラー画像を含む画像を高画質状態で加熱定着することが可能な加熱定着装置は実現しておらず、そのような加熱定着装置の開発が要望されている。
【００２６】
本発明はその要望に応え得る像加熱装置を提供するものであり、立ち上がり時の昇温時間の短縮、消費電力の低減、さらには高速、高画質といったすべてにおいて優れた性能を達成し、クイックスタート性、定着均一性、高画質定着性を備えたオンデマンドタイプの像加熱装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
以上を鑑み、本発明においては、下記の構成を特徴とする像加熱装置および該像加熱装置を備えた画像形成装置を提供するものである。
【００２８】
（１）弾性層を有する像加熱用回転体と、固定支持され、上記像加熱用回転体の外表面との間で形成した第１ニップ部より、像加熱用回転体表面を外部加熱する板状加熱ヒータと、上記像加熱用回転体に圧接して第２ニップ部を形成する加圧部材と、を有し、
上記第２ニップ部に記録材を導入して挟持搬送させることで記録材上の画像を加熱する像加熱装置であり、
上記板状加熱ヒータに供給する目標供給電力量を設定し、画像加熱時に少なくとも上記像加熱用回転体が１周する範囲においては略一定の電力を加熱ヒータに供給することを特徴とする像加熱装置。
【００２９】
（２）第１ニップ部にシートを介在させ、該シートを間欠的に移動させて第１ニップ部におけるシート部分を更新する手段を有することを特徴とする前記（１）に記載の像加熱装置。
【００３０】
（３）連続して記録材上の画像を加熱する場合、加熱ヒータへの供給電力量を記録材枚数に応じて徐々に小さく設定することを特徴とする前記（１）あるいは（２）に記載の像加熱装置。
【００３１】
（４）像加熱用回転体表面の温度を検知する温度検知手段を有し、
像加熱用回転体表面検知温度が目標温度から所定量ずれた場合に、加熱ヒータへの目標供給電力量に補正を加えることを特徴とする前記（１）から（３）の何れか１つに記載の像加熱装置。
【００３２】
（５）加熱ヒータ背面に加熱ヒータの温度を検知する温度検知手段を有し、
加熱ヒータ背面の検知温度が所定温度を越えた場合に、加熱ヒータへの目標供給電力量、像加熱用回転体表面温度の目標温度の少なくとも一方の値を下げることを特徴とする前記（１）から（４）の何れか１つに記載の像加熱装置。
【００３３】
（６）像加熱用回転体表面の温度を検知する温度検知手段と、加熱ヒータ背面に加熱ヒータの温度を検知する温度検知手段とを有し、
加熱ヒータへの通電を開始する前の像加熱用回転体表面温度、加熱ヒータ背面の温度、および加熱ヒータへの通電を開始してから記録材が第２ニップ部まで到達するまでの間の所定時間内の供給電力、所定電力供給時の像加熱用回転体表面昇温スピード、加熱ヒータ背面の温度上昇スピードの少なくとも１つの情報を元に加熱ヒータへの供給電力を決定することを特徴とする前記（１）から（５）の何れか１つに記載の像加熱装置。
【００３４】
（７）像加熱用回転体の弾性層がスポンジゴムあるいは中空の充填材を含むことを特徴とする前記（１）から（６）の何れか１つに記載の像加熱装置。
【００３５】
（８）記録材の面に未定着トナー画像を形成担持させる作像手段と、記録材の面に形成された未定着画像を永久画像として定着させる定着手段を有する画像形成装置において、定着手段が前記（１）から（７）の何れか１つに記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００３６】
（９）画像形成装置の一部に外気温検知手段を設け、該検知手段の検知温度に応じて像加熱装置の加熱ヒータへの供給電力量に補正を加えることを特徴とする前記（８）に記載の画像形成装置。
【００３７】
（１０）画像形成装置に記録材の厚みを検知する厚み検知手段を有し、厚み検知手段によって検知された記録材の厚みに応じて像加熱装置の加熱ヒータへの供給電力量に補正を加えることを特徴とする前記（８）あるいは（９）に記載の画像形成装置。
【００３８】
〈作　用〉
１）像加熱用回転体を外部加熱する板状加熱ヒータとしては、通電により迅速に昇温する例えばプレート状のセラミックヒータ等の低熱容量の加熱ヒータを用いることが出来、また第１ニップ部にシートを介在させ、該シートを間欠的に移動させて第１ニップ部におけるシート部分を更新する手段を有する場合における該シートも薄肉で低熱容量の耐熱性樹脂製等のシートを用いることが出来、また加圧部材も低熱容量のものを用いることが出来て、第１ニップ部でのエネルギ密度を高くすることができ、像加熱用回転体表面を外部加熱方式にて急加熱することが可能であり、スタンバイ中に電力を消費せず、ファーストプリントタイム低減、消費電力の低減が達成される。
【００３９】
３）また、像加熱用回転体が弾性を有するため、記録材上のトナー画像を包み込み効果で加熱することで加熱ムラ、定着ムラを低減し、高画質の画像出力を維持させることが出来る。
【００４０】
４）第１ニップ部にシートを介在させ、該シートを間欠的に移動させて第１ニップ部におけるシート部分を更新する手段を有する場合には、第１ニップ部においてシートに付着したオフセットトナーや紙粉の塊が像加熱用回転体を介して第２ニップ部に持ち運ばれて記録材上に転写される前に、該シートをスライドさせることで、画像の劣化を防止することができる。
【００４１】
５）また、加熱ヒータに供給する電力を、予め実験により代表的な記録材で求めた像加熱用回転体表面の温度を所定温度に保つための電力推移とし、供給目標電力と像加熱用回転体表面目標温度を設定し、供給目標電力によって加熱ヒータへの通電を行い、少なくとも像加熱用回転体が１周する間は略一定の電力供給を行う。また、像加熱用回転体表面温度が所定量ずれた場合には、供給電力量の補正を行う。
【００４２】
以上により、像加熱用回転体表面温度リップルを抑え、第２ニップ部において記録材へ安定した熱の供給を行うことが可能になる。よって記録材の搬送方向の定着均一性、記録材の枚数毎の定着均一性を保つことができる。
【００４３】
６）また、加熱ヒータ背面に加熱ヒータの温度を検知するための温度検知手段を設け、異常昇温した場合に、供給電力量、像加熱用回転体目標温度の少なくとも一方の値を下げることにより、未然に過昇温による部品の破損を防止する。
【００４４】
６）また、外気温検知手段を設け、外気温を検出し、外気温に応じて加熱ヒータへの供給電力量、像加熱用回転体表面の目標温度の少なくとも一方に補正を加えることで、像加熱用回転体の温度を適正化し、より安定した記録材上の画像の加熱を実施できる。
【００４５】
７）また、記録材の厚みを検知する手段を設け、搬送される記録材の厚みに応じて加熱ヒータへの供給電力量、像加熱用回転体表面の目標温度の少なくとも一方に補正を加えることで、記録材の厚みに合致した熱供給で加熱を行うことで、より安定した記録材上の画像の加熱を実施できる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
〈実施例１〉
（１）画像形成装置例
図１は、画像形成装置の一例の構成模型図である。本例の画像形成装置は転写方式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンターである。
【００４７】
１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。
【００４８】
感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動され、その表面が帯電装置としての帯電ローラ２によって所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【００４９】
次いで、その帯電面に対してレーザスキャナ３により画像情報の書き込み露光がなされる。すなわちレーザスキャナ３は画像情報の時系列電気デジタル画像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御（変調制御）されたレーザビーム３ａで回転感光ドラム１の一様帯電処理面を走査露光する。これにより感光ドラム１の一様帯電面の露光部電位が減衰して感光ドラム面に画像情報の静電潜像が形成される。
【００５０】
この静電潜像は、現像装置４でトナー画像として現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００５１】
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。
【００５２】
ここで感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するようにトップセンサ８にて記録材の先端を検知し、タイミングを合わせている。
【００５３】
所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは、感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送されて、感光ドラム１面側のトナー像の転写を受ける。
【００５４】
このトナー像が転写された記録材Ｐは定着装置６へと搬送され、永久画像として定着される。
【００５５】
一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１表面より除去される。
【００５６】
（２）加熱定着装置６
図２は本実施例の加熱定着装置６の拡大模式図である。この加熱定着装置は、大別して、加熱用回転体としての、弾性層１２を有する定着ローラ１０と、この定着ローラ１０に耐熱性シート（クリーニングシート）１９を介して圧接して第１ニップ部である加熱ニップ部Ｈを形成し、定着ローラ１０の外表面を耐熱性シート１９を介して外部加熱昇温させる加熱部材２０と、定着ローラ１０と相互圧接して第２ニップ部である定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材３０と、からなる。
【００５７】
定着ローラ１０は長手方向端部から芯金１１を介して不図示の回転駆動機構により、矢印の時計方向に回転駆動され、加熱ニップ部Ｈにおいて加熱部材２０により所定の定着温度に外部加熱され、定着ローラ１０と加圧部材３０との圧接部である定着ニップ部Ｎに回り込む。その定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した記録材Ｐが耐熱性の定着入口ガイド１５に沿って搬送導入され、挟持搬送される。記録材Ｐが定着ニップ部Ｎで挟持搬送されて行く過程で定着ローラ１０の熱と定着ニップ部Ｎの加圧力で、未定着トナー像が記録材面に熱圧定着される。定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは定着ローラ１０から分離され、定着排紙ガイド１６に案内されて不図示の排出トレイ上に排出される。
【００５８】
１）定着ローラ１０
加熱用回転体である定着ローラ１０は以下の部材から構成される。すなわち基本的には、アルミあるいは鉄製の芯金１１の外面をブラスト処理等の表面粗し処理を行った後、外側にシリコンゴムより形成された弾性層（ソリッドゴム層）、あるいは断熱効果を持たせるためにシリコンゴムを発泡して形成された弾性層（スポンジゴム層）、あるいはシリコンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、硬化物内に気体部分を持たせ、断熱作用を高めた弾性層（気泡ゴム層）１２からなる。
【００５９】
定着ローラ１０は、熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、外表面から受ける外部加熱部材２０の熱を内部に吸収しやすく、定着ローラ１０表面温度が上昇しにくくなるため、弾性層１２はできるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ１０の立ち上がり時間に有利である。
【００６０】
ここで、上記シリコンゴムのソリッドゴム層は熱伝導率が０．２５〜０．２９Ｗ／ｍ・ｋ、スポンジゴム、気泡ゴムは０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ・ｋであり、スポンジゴム、気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の値を示す。
【００６１】
また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１．０５〜１．３０、スポンジゴム、気泡ゴムが約０．７５〜０．８５である。
【００６２】
従って、定着ローラ１０の弾性層１２の好ましい形態としては、熱伝導率が０．１５Ｗ／ｍ・ｋ以下で、比重が０．８５以下の断熱効果の高いスポンジゴムや気泡ゴム層の方が好ましい。
【００６３】
また、定着ローラ１０の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さすぎると加熱ニップ部Ｈの幅及び定着ニップ部Ｎの幅がかせぎにくくなるため適度な径が必要である。
【００６４】
弾性層１２の肉厚に関しても、薄すぎれば金属製の芯金１１に熱が逃げるので適度な厚みが必要である。
【００６５】
以上を考慮して本実施例では、適正な加熱ニップ部Ｈを形成でき、且つ熱容量を抑えるために、肉厚が４ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層１２を形成し、外径がφ２０ｍｍの定着ローラを使用した。
【００６６】
なお、気泡ゴムによる弾性層１２を形成するにあたり、使用する中空フィラーとしては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノールバルーン、アクリロニトリルバルーン、塩化ビニリデンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンなど、いかなるものであっても構わない。
【００６７】
また、芯金１１は従来例に記載しているような中空芯金でもよい。
【００６８】
また、上記に述べた弾性層１２の上にはパーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂離型性層１３を形成する。あるいは、ＧＬＳラテックスコーティングを施したものであっても良い。離型性層１３はチューブを被覆させたものでも表面を塗料でコーティングしたものであってもどちらでもよい。
【００６９】
また、定着ローラ１０表面の温度を検知するためのサーミスタ、赤外温度素子等の温度検知手段１４を加熱ニップ部Ｈよりも定着ローラ回転方向下流側に配置し、後述する加熱部材２０の加熱ヒータの通電発熱抵抗層２１ｂへの通電を制御することで、定着ローラ表面の温度を一定に保つ。
【００７０】
２）加熱部材２０
加熱部材２０は、板状加熱ヒータ（加熱体）２１と、この加熱ヒータを固定支持させた断熱ステイホルダー２４とからなり、加熱ヒータ２１を定着ローラ１０側に対向させて耐熱性シート１９を介して定着ローラ１０の外面に圧接させて第１ニップ部としての加熱ニップ部Ｈを形成させた状態にして、定着ローラ１０に対する所定位置に固定配置される。
【００７１】
加熱ヒータ２１を保持する断熱ステイホルダー２４は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成され、熱伝導率が低いほど定着ローラ表面の加熱に際する熱効率が高くなる。よって樹脂層の中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包してあっても良い。
【００７２】
▲１▼．加熱ヒータ２１
本実施例において、加熱部材２０の加熱ヒータ２１は、低熱容量、プレート状ヒータである。図３の（ａ）に本実施例における加熱ヒータ２１の表面側の一部切り欠き平面模型図と、給電系のブロック回路図、（ｂ）に同加熱ヒータ２１の裏面（背面）側の平面模型図、（ｃ）に（ｂ）図のｃ−ｃ線に沿う拡大横断面模型図を示した。
【００７３】
２１ａは定着ローラ１０の長手方向を長手とする細長、薄肉の加熱ヒータ基板であり、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックス基板やポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板より形成されている。
【００７４】
この加熱ヒータ基板２１ａ表面には長手方向に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ等の通電発熱抵抗層２１ｂをスクリーン印刷等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工し焼成することにより形成してある。
【００７５】
また、２１ｃ・２１ｃはヒータ基板２１ａの表面側両端部面にそれぞれ具備させた第１と第２の給電電極部であり、それぞれ上記通電発熱抵抗層２１ｂのその側の端部と電気的に導通させてある。給電電極部２１ｃ・２１ｃは、例えば、銀（Ａｇ）等の導電材ペーストを所要パターンにスクリーン印刷等により塗工し、焼成することにより形成される。
【００７６】
加熱ヒータ２１の両端部にはそれぞれ給電回路の給電コネクタ２２・２２が嵌着され、給電回路から第１と第２の給電電極２１ｃ・２１ｃ間に電圧が印加されて通電発熱抵抗層２１ｂが発熱することで加熱ヒータ２１が全体的に迅速に昇温する。
【００７７】
この加熱ヒータ２１の定着ローラ１０側には、熱効率を損なわない範囲で加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂを保護する保護層２１ｄを設けてあっても良い。ただし、保護層２１ｄの厚みは十分薄く、表面性を良好にする程度が好ましい。その例としては、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＣＴＥＦ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂層を単独ないしは混合して被覆するか、あるいはグラファイト、ダイアモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデン等からなる乾性被膜潤滑剤、ガラスコート等の保護層が考えられる。
【００７８】
また、加熱ヒータ２１の基板２１ａとして熱伝導性の良好な窒化アルミ等を使用する場合には、通電発熱抵抗層２１ｂは基板２１ａに対して定着ローラ１０と反対側に形成してあっても良い。
【００７９】
加熱ヒータ２１の定着ローラ１０と反対側には、通電発熱抵抗層２１ｂの発熱に応じて昇温したセラミック基板２１ａの温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知手段２３が配置されており、加熱ヒータ２１を異常昇温を監視する目的で設けられている。
【００８０】
また、加熱ヒータ２１の背面に配置された温度検知手段２３で加熱ヒータ２１の温度をモニターし、その検知温度情報（ヒータ温度情報）がエンジン制御部（制御回路）１００に入力される。エンジン制御部１００は加熱ヒータ２１が所定温度以上にならないように駆動回路（ドライバ）１０１を介して電源回路（交流電源）１０２を制御し、この電源回路１０２から加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂへの通電量を制御する。
【００８１】
▲２▼．断熱ステイホルダー２４
加熱ヒータ２１を保持する断熱ステイホルダー２４は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成され、熱伝導率が低いほど定着ローラ表面の加熱に際する熱効率が高くなる。よって樹脂層の中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包してあっても良い。
【００８２】
▲３▼．耐熱性シート１９
加熱ヒータ２１は耐熱性シート１９を介して定着ローラ１０に圧接させて第１ニップ部である加熱ニップ部Ｈを形成させてある。
【００８３】
この耐熱性シート１９は加熱ニップ部Ｈにおいて定着ローラ１０との摺擦によってオフセットトナーが溜まり汚れた時にその汚れが定着ローラ１０で第２ニップである定着ニップ部Ｎに持ち運ばれて記録材Ｐへ再度付着するのを防止するものである。
【００８４】
耐熱性シート１９は、テンションローラ１７の長手方向に渡って巻き付けられており、加熱部材２０の加熱ヒータ２１と定着ローラ１０の間を通って巻き取りローラ１８に至り、巻き取りローラ１８によって巻き取られる構成になっている。
【００８５】
テンションローラ１７および巻き取りローラ１８はプリント中は回転せず、よって耐熱性シート１９は定着ローラ１０と摺擦された状態で固定されている。すなわち、停止状態の耐熱性シート１９を介して加熱ヒータ２１が定着ローラ１０に圧接して加熱ニップ部Ｈが形成されており、回転駆動される定着ローラ１０が加熱ニップ部Ｈにおいて耐熱性シート１９に摺動しながら耐熱性シート１９を介して加熱ヒータ２１で加熱される。
【００８６】
定着ニップ部Ｎに対する記録材Ｐの通紙により定着ローラ１０の外面にオフセットしたトナーは定着ローラ１０の回転で加熱ニップ部Ｈへ持ち運ばれて、停止状態にある耐熱性シート１９に対する定着ローラ１０の回転摺擦によってオフセットトナーが耐熱性シート１９の面に拭い取られて溜まる。
【００８７】
一定枚数の記録材を加熱定着した後に耐熱性シート１９を所定量巻き取りローラ１８によって巻き取ることで、定着ニップ部Ｎにおける耐熱性シート部分を更新して汚れた部分を加熱ニップ部Ｈから排出するのものである。
【００８８】
耐熱性シート１９は耐熱性、可撓性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を基層とした樹脂製のシートで形成されており、加熱部材２０の加熱ヒータ２１からの熱を定着ローラ１０に効率良く伝える部材として、厚みを２５μｍ以下で形成されている。
【００８９】
また、耐熱性シート１９中にＢＮ、アルミ、アルミナ、ＡｌＮのフィラー等、熱伝導性を向上する熱伝導フィラーを混入してあっても良い。
【００９０】
また、該耐熱シート１９の定着ローラ１０側には摺動性の良好なＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等が薄膜で塗布された状態であっても良い。また、加熱ヒータ２１と耐熱性シート１９の間の接触熱抵抗を小さく抑えるため、加熱ヒータ２１と耐熱シート１９の接触面の表面粗さは小さい方が好ましい。
【００９１】
また耐熱性シート１９は、摺動回転せず固定された状態で使用するため、テンションローラ１７と加熱ニップ部Ｈとの間で引っ張りのテンション負荷がかけられた状態となるため、引っ張り強度が満足される５μｍ以上の厚みで形成されていることが望ましい。よって加熱ヒータ２１の熱を効率よく定着ローラ１０に伝達し、強度的に満足するために５μｍ〜２５μｍ程度の厚みのものがよい。
【００９２】
なお、本実施例では耐熱性シート１９により加熱ニップ部Ｈの汚れを除去する方法を示したが、汚れを除去する他の方法であっても構わない。
【００９３】
３）加圧部材３０
定着ローラ１０との圧接で第２ニップ部としての定着ニップ部Ｎを形成させる加圧部材３０は出来るだけ低熱容量化して加圧部材３０側への奪熱量を低減化させるために、本実施例では薄肉フィルムを用いた加圧部材構成としてある。
【００９４】
すなわち、加圧部材３０は、摺動部材３１を取り付けた断熱加圧ホルダー３２に、耐熱性を有する円筒状（エンドレスベルト状）の薄肉フィルム３３をルーズに外嵌させたものである。この加圧部材３０を、その摺動部材３１部分を定着ローラ１０に対向させて断熱加圧ホルダー３２を不図示の加圧手段によって定着ローラ１０に対して加圧することで、摺動部材３１と定着ローラ１０との間にフィルム３３を挟ませて定着ローラ１０に該定着ローラの弾性層１２の弾性に抗して圧接させることで定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００９５】
このような構成において、定着ローラ１０が回転駆動されると、定着ニップ部Ｎにおいて定着ローラ１０とフィルム３３との摩擦力でフィルム３３に回転力が作用してフィルム３３の内面が定着ニップ部Ｎにおいて、摺動部材３１面に密着して摺動しつつ断熱加圧ホルダー３２の外回りを矢印の反時方向に従動回転する。
【００９６】
フィルム３３と摺動部材３１の間には、摩擦抵抗を小さく抑えるためにグリス等の潤滑剤を少量介在させてある。上記グリスは熱伝導率が低く、フィルム３３を介して定着ローラ１０からの熱が摺動部材３１および断熱加圧ホルダー３２へ放熱されるのを防ぐことが望ましい。
【００９７】
記録材Ｐは定着ニップ部Ｎの定着ローラ１０とフィルム３３との間にトナー像面を定着ローラ１０側にして導入されて挟持搬送されることで定着ローラ１０の熱で加熱される。
【００９８】
薄肉フィルム３３は、耐熱性、断熱性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を基層とした樹脂製のフィルムである。フィルム厚みは、強度等を考慮し、２０μｍ以上１５０μｍ未満が適当な範囲である。また、定着ローラ１０上に付着したオフセットトナーが蓄積しないように、表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆してあっても良い。
【００９９】
また、摺動部材３１は、耐熱フェルト、マイカシート、セラミックシート、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂、ＰＥＥＫ等の耐熱性を有する樹脂シートより形成され、特に断熱性を有する部材が適している。
【０１００】
またその表面に摩擦抵抗を低減するガラスコート、フッ素樹脂等の摺動層をコーティングしてあっても良い。
【０１０１】
摺動部材３１を保持している断熱加圧ホルダー３２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成され、断熱性、摺動性を有する部材が適している。
【０１０２】
また、ここでは、摺動部材３１と断熱加圧ホルダー３２を別部材として扱っているが、それらを一体成型により形成し摺動部分に上記の摺動層をコーティングしても良く、よりコストダウンを図ることが可能である。
【０１０３】
（３）加熱ヒータ２１への供給電力制御（通電量制御）
１）加熱ヒータ２１（通電発熱抵抗層２１ｂ）への通電量（供給電力）はエンジン制御部１００によりＰＩ（比例・積分）制御に基づき、位相制御・波数制御等の周知の手段によりきめ細かく電力供給が行われ、同時にエンジン制御部１００は位相角または波数情報を記憶しておくことで、通電電力量を知ることが可能となる。また、上記電源回路１０２として、インバータ制御された高周波の交流電源を供給するシステムにすることで、よりきめ細かな電力供給設定が可能になる。
【０１０４】
ここでＰＩ制御は下記のような式に応じて供給電力量を決定する。
【０１０５】
Ｗ＝Ａ×（Ｔ０−Ｔ）＋Ｉ
Ｗ１＝（Ｖ０／Ｖ）^２×Ｗ０
（単位は％でフル通電の時の電力量を１００％とする）
Ａは常数（例えば２）、Ｔ０は目標温度、Ｔは定着ローラ表面の温度検知手段１４による検知温度で、この部分がＰ制御に相当する。Ｉは一定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）毎に定着ローラ表面温度をモニターした結果が目標温度に対して低ければ５％供給電力を増加し、逆に高ければ５％供給電力を減少させる。これがＩ制御に相当する。
【０１０６】
この結果得られたＷ（ＰＩ値）はＰＩ制御によって得られる供給電力に相当する値となる。また画像形成装置がモニターした電源電圧Ｖと標準電圧Ｖ０（例えば１００Ｖ）をそれぞれ印加した時の供給電力量（単位は％）をそれぞれＷ１、Ｗ０とすると両者の関係は各印加電圧の２乗の比となる。
【０１０７】
よって標準電圧Ｖ０印加時にＷ０の電力量が必要な場合に対しては、上記式により印加電圧Ｖの時の電力量Ｗ１を決定する。
【０１０８】
これによって決定されたＷ１に基づいて位相角または波数を決定し、所定の電力を加熱ヒータ２１へ供給することで電源電圧が異なった状況でも標準電圧Ｖ０を印加した場合と同等の消費電力で加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂへ通電することが可能になる。
【０１０９】
ここで電源電圧は電圧検出回路１０３によってモニターされ、その検出電圧情報がエンジン制御部１００に入力される。
【０１１０】
または、電源電圧に降圧回路等を用いて所定の一定電圧を印加する手段を用いても良い。すなわち、画像形成装置の使用者によって電源電圧は異なっているが、所定の一定電圧が加熱ヒータに印加されるように所定の一定電圧を加熱ヒータに印加するようにし、その電圧に対してＰＩ制御することによって電源電圧の違いよる供給電力の補正を行う必要はなくなる。
【０１１１】
２）ここで、加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂへの通電量制御方法についての詳細を図４の投入電力テーブルおよび図５の電力供給フローチャートを用いて説明する。
【０１１２】
本実施例で示した加熱定着装置６は、記録材Ｐを挟持搬送する定着ニップ部Ｎを直接加熱するシステムではなく、定着ローラ１０の表面を定着ニップ部Ｎと別の加熱ニップ部Ｈで加熱昇温させるものであり、例えば加熱ヒータ２１の背面に設けた温度検知手段２３によって加熱ヒータ２１を一定温度に保つように加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂへの通電を制御した場合には、定着ローラ１０表面の温度リップルは大きなものとなってしまい、記録材Ｐ搬送方向に定着性のムラが発生してしまう。
【０１１３】
これは、定着ニップ部Ｎで定着ローラ１０の表面から記録材Ｐへ熱が奪われ、定着ローラ１０の冷えた部分が加熱ニップ部Ｈまで回転してきた後に耐熱性シート１９、加熱ヒータ２１を介して定着ローラ１０の表面が冷やされたことを加熱ヒータ２１の背面に配置してある温度検知手段２３が検出し、それを基に加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂへの供給電力（ＰＩ値）を上げ始め、定着ローラ１０表面の加熱を行うが、もはやこの時には加熱ヒータ２１の背面に配置した温度検知手段２１ｂへ冷えた状態を伝えた定着ローラ１０表面は回転によって加熱ニップ部Ｈを抜けてしまっている。
【０１１４】
一方、過昇温した定着ローラ１０表面が加熱ニップ部Ｈに到達後に加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂへの供給電力（ＰＩ値）を下げる場合も同様の現象が起こり、これにより定着ローラ１０表面の温度リップルは大となってしまう。
【０１１５】
特に画像形成装置が高速化した場合には、この現象は顕著になり、記録材搬送方向の定着性のムラは許容できなくなってしまう。
【０１１６】
また、定着ローラ表面の温度を検知する温度検知手段１４で検知される温度を所定温度に保つように加熱ヒータ２１への通電を制御する場合、記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに突入する前の状態では、安定した加熱が容易に可能であるが、記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに突入し、定着ローラ１０表面の温度が急激に低下したような場合、加熱ヒータ２１への通電制御としてのＰＩ制御のゲインが大きいと電力が急激に変化しやはり定着ローラ１０の表面の温度リップルが大となってしまう。
【０１１７】
一方ＰＩ制御のゲインが小さいと、急激な定着ローラ１０表面の温度低下を補う電力投入ができず、結果、定着ローラ１０の表面の温度が所定温度まで上昇せず、定着不良を起こしてしまう。
【０１１８】
よってＰＩ制御のゲインを適度な状態にしなくてはならないが、ユーザが使用する記録材は多岐に渡っており、これら全ての記録材に対して適正なＰＩ制御のゲインを決定することは、困難である。
【０１１９】
以上のことから本実施例で示す加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂへの供給電力決定のアルゴリズムは、定着ローラ１０の表面の温度リップルを抑え、定着ニップ部Ｎで安定した加熱定着を実施するものである。
【０１２０】
このため、本例では、記録材上の未定着トナー画像を加熱定着中は、加熱ヒータ２１への供給電力を短いスパン、少なくとも定着ローラ１０が加熱手段２０に対し１周する範囲では略一定に保つように制御している。
【０１２１】
図４に各定着モードにおける供給電力の推移を示す。これは、実験によって各定着モードにおける代表紙種の各定着ローラ設定温度に対し必要とされる供給電力量を求めた結果である。
【０１２２】
図４において、横軸は加熱定着装置が室温状態に近い状態からプリントを開始した場合の通紙枚数、縦軸は加熱ヒータ２１の通電発熱抵抗層２１ｂへの供給電力を示す。
【０１２３】
各定着モードでは、通紙枚数に応じて長いスパンで徐々に加熱ヒータ２１への供給電力を絞っている。これは、加熱定着装置全体の系が徐々に昇温し、定着ローラ１０の表面の温度を維持するために必要な加熱ヒータ２１への供給電力が減少するためである。
【０１２４】
よって、加熱定着装置全体の系がある程度昇温した状態からプリントを開始する場合には、加熱ヒータ２１への供給電力を予め絞ることができる。本例では、後述するようにプリント信号受信後に記録材が加熱定着装置に到達するまでの加熱ヒータ２１への供給電力量に応じて加熱定着装置の昇温状態を把握し、枚数カウンタを予めオフセットさせた枚数からスタートさせる。
【０１２５】
ここで、定着モードとはユーザが設定可能な定着ローラ設定温度であり、本例では
ハイモード（２１０℃）、
ノーマルモード（２００℃）、
ローモード（１９０℃）、
を設定可能としてある。
【０１２６】
デフォルトはノーマルモードに設定されており、ユーザが使用する記録材の種類に応じて設定することができる。これは例えばユーザが使用する紙種が坪量で６０〜２００ｇ／ｍ^２というように多岐にわたっているため、各坪量の紙種で加熱定着に必要な熱量に差があり、一つの定着モードでは完全に対応できないためである。
【０１２７】
本実施例では、ハイモードは坪量が１３５ｇ／ｍ^２以上、ノーマルモードが坪量が６０〜１３５ｇ／ｍ^２、ローモードは坪量が６０ｇ／ｍ^２以下及びＯＨＴ用紙、コーティング用紙等の特殊用紙に対応した定着モード設定としている。
【０１２８】
図５（ａ）はエンジン制御部１００が行う全体的な加熱ヒータ２１への供給電力制御フローであり、まず画像形成装置がプリント信号を受信し（Ｓ１）、電源電圧を電圧検出回路１０３（図３）により検出し（Ｓ２）、ユーザが指定した前記定着モードを確認する（Ｓ３）。
【０１２９】
次に温度検知手段１４で定着ローラ１０表面の温度モニターを開始し、定着モードに対応した目標温度まで加熱ヒータ２１への通電により定着ローラ１０表面をＰＩ制御によって加熱昇温させる（Ｓ４）。
【０１３０】
その後、定着ローラ１０表面が目標温度Ｔ０に到達してからしばらくの間、目標温度Ｔ０を維持すべく、ＰＩ制御により加熱ヒータ２１への通電を持続する。この時の供給電力Ｗｓをモニターし（Ｓ５）、枚数カウンタＮを設定する。
【０１３１】
本実施例では、ノーマルモード設定の場合で上記供給電力Ｗｓが７００Ｗ〜７２０Ｗの場合には、枚数カウンタを１枚目から、６８０Ｗ〜７００Ｗの場合には、４１枚目から、６５０Ｗ〜６８０Ｗの場合には、８１枚目から６５０Ｗ以下の場合には１４１枚目からスタートさせている。
【０１３２】
ハイモード、ローモード設定の場合もそれぞれテーブルを設定しておくことで、同様の枚数設定が可能になる。
【０１３３】
以上により、枚数カウンタＮ、定着モードＭ、電源電圧の検出結果Ｖの情報から図４に示す加熱ヒータ２１への供給電力量、およびヒータドライバ１０１（図３）により実際に加熱ヒータ２１への通電を行う際の供給電力目標値Ｗｔ＝ＰＩ値を決定する（Ｓ７）。
【０１３４】
決定された供給電力目標値に合わせた所定電力を記録材が定着ニップ部に突入した直後のタイミング（記録材先端が定着ニップ部で定着ローラ１０と接した部分の定着ローラ１０表面が加熱ニップ部に到達する前）で加熱ヒータ２１に供給開始すし、記録材上の未定着トナー画像を加熱定着する（Ｓ８）。
【０１３５】
その後、プリントが継続される場合（Ｓ９）は、プリント枚数に応じて枚数カウンタＮを増加（Ｓ１０）させながら、図４に示す供給電力目標値Ｗｔの電力を加熱ヒータに供給し続け、記録材上の未定着トナー画像を定着ニップ部Ｎで加熱定着する（Ｓ８）。
【０１３６】
継続プリントがなく、最後の記録材が定着ニップ部を抜けた後、加熱ヒータ２１への通電をシャットダウンし（Ｓ１１）、不図示の排紙トレイ上に最後の記録材が排紙された時点でプリントを終了する（Ｓ１２）。
【０１３７】
３）以上が加熱ヒータ２１への電力供給アルゴリズムであるが、被加熱材としての記録材は厚み、表面粗さ、吸湿量等のパラメータがあり、また記録材上のトナー量によっても必要電力は若干異なってくる。このため、定着ローラ１０の表面が徐々に目標温度から離れて高くなりすぎたり、低くなりすぎたりすることがある。
【０１３８】
このため、本実施例では、供給電力補正手段を提供している。すなわち、図５（ｂ）および（ｃ）のフローにおいて、定着ローラ１０の表面の温度検知手段１４の検出温度が目標温度より５℃高くなったり、低くなったりしたときには、供給電力量をそれぞれ５％下げたり、上げたりすることで、定着ローラ表面の温度が異常に上がったり、下がったりしないように加熱ヒータ２１への供給電力Ｗに補正を加える。
【０１３９】
また、加熱ヒータ２１が異常に昇温して断熱ステイホルダー２４や耐熱性シート１９、給電用コネクタ２２等の耐熱温度を越えないようにするため、図５（ｄ）のフローに示すように危険を未然に防ぐ手段を提供する。
【０１４０】
すなわち、加熱ヒータ２１の背面に配置した異常昇温検知用の温度検知手段２３により常に加熱ヒータ２１の温度をモニターし、各部材が耐え得る加熱ヒータ２１の上限温度Ｔｍａｘを越えた場合には、加熱ヒータ２１への供給電力を５％絞ると共に定着ローラ１０の表面温度の目標温度を５℃下げる。
【０１４１】
ここで、加熱ヒータ２１への目標供給電力、定着ローラ１０表面の目標温度はどちらか一方を変更する方式であっても良い。あるいは、昇温の度合いが激しいとき（例えば上限温度Ｔｍａｘより２０℃以上高い温度を検出した場合）は、異常昇温とみなし、加熱ヒータ２１への通電をシャットダウンし、画像形成装置にエラー表示させる。
【０１４２】
（４）効果の確認
１）以上、本実施例では、記録材の未定着トナー像が形成された面を弾性層１２を有する定着ローラ１０により加熱定着を行うため、記録材の凹凸による定着ムラの影響を受けづらく、ハーフトーン画像、カラー画像に対しても包み込み効果により定着均一性が良好な加熱定着を実施することが可能であり、さらに、定着ローラ１０の表面を熱容量の小さい加熱部材２０により急激に加熱するため、クイックスタート性が良く、画像形成装置がプリント信号を受信してからでも十分に加熱定着可能な状態に定着ローラ１０表面を所定の温度に加熱昇温することができ、オンデマンド性に優れた加熱定着装置を提供できる。
【０１４３】
２）また、上述したように定着ローラ１０の表面温度が所定温度に維持されるように代表的な記録材を用いて実験で求めた加熱ヒータ２１への供給電力推移にしたがって、加熱ヒータ２１への目標供給電力量を決定し、記録材が定着ニップ部に突入する直後のタイミングに合わせて加熱ヒータ２１へ目標供給電力を投入し、少なくとも定着ローラ１周分は略均一な電力を供給するため、定着ローラ１０表面の温度リップルを小さく抑えることが可能になり、記録材搬送方向の定着ムラやプリント枚数毎の定着性バラツキを発生することなく、均一な加熱定着が可能となる。
【０１４４】
３）このことを確認するため、プロセススピード１５０ｍｍ／ｓｅｃで毎分２４枚の紙をプリントするレーザビームプリンターを用いて加熱ヒータ２１への電力供給の方法を本実施例による方式と、加熱ヒータ背面に設けたサーミスタで定着ローラ１０表面を一定温度に保つ制御を行った場合とで比較を行った。
【０１４５】
比較の方法としては、記録材を連続して加熱定着した場合の定着ローラ１０表面温度の推移を測定した。比較結果を図６に示す。
【０１４６】
図６のグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は定着ローラ１０表面の温度推移を示す。実線は加熱ヒータ裏面のサーミスタで加熱ヒータが一定温度になるように温度制御した場合、点線は本実施例で示したように供給電力量を決定し、定着ローラ１周分は固定供給電力で加熱した場合を示す。どちらの場合も定着ローラ表面の温度を２００℃に保つように制御した場合である。
【０１４７】
図６の結果より、加熱ヒータ２１の背面に配置したサーミスタで加熱ヒータ２１の温度を一定温度に保つように温度制御した場合には、前述したように定着ローラ１０表面の温度リップルが大きく、本実施例で示した方式では、定着ローラ１０表面の温度リップルが小さく、安定した温度推移を示していることがわかる。また、加熱定着した画像を観察したところ、前者は記録材搬送方向および枚数毎に定着ムラやバラツキがあるのに対し、本実施例の方式では、ほとんど均一な定着性が得られた。
【０１４８】
なお、加熱定着装置の昇温状態を把握するために本実施例では、定着ローラ１０の表面温度を目標温度Ｔ０で維持させているときの電力から推測し、枚数制御の設定枚数Ｎを設定する方式を示したが、プリント開始時の定着ローラ１０表面の温度検知結果や、加熱ヒータ面背面の温度検知結果、加熱ヒータ２１に一定電力を供給したときの定着ローラ１０表面の温度上昇速度、加熱ヒータ２１背面の温度検知手段により測定される温度上昇速度等を検知することで、加熱定着装置の昇温状態を検出し、プリント動作時に加熱ヒータ２１に供給する電力量を決定する方法であっても良い。
【０１４９】
また、本実施例では加熱定着中の加熱ヒータ２１への供給電力テーブルを用いて供給電力を決定したが、上記で示した加熱定着装置の昇温状態検出手段、印加電源電圧等の情報から、一意に決定する供給電力を印加する方式であっても良く、供給電力決定手段は本実施例に示した方式に限らず、他のどのような方法であっても良い。
【０１５０】
また、本実施例では、定着ローラ１０の表面温度を一定に保つように加熱ヒータ２１への目標供給電力を決定していたが、加熱定着される記録材の枚数に応じて定着ローラ１０表面の目標温度を徐々に下げる設定にしても良い。
【０１５１】
〈実施例２〉
以下に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、画像形成装置が使用される環境に応じてより最適な加熱ヒータへの目標供給電力を投入する方法を提供する。
【０１５２】
本実施例に関する画像形成装置全体の構成を図７に示す。図７において前記実施例１で示した図１と同記号の部材に関しては、前記実施例１と同様であるため、説明を省く。また、本実施例における加熱定着装置の構成は前記実施例１で示した図２と同様であるため説明を省く。
【０１５３】
図７において、Ｆは画像形成装置の機内昇温を抑えるための冷却ファンであり、外気を画像形成装置内に取り込んで画像形成装置内の各部材の機内昇温を所定温度以下に抑える目的で配置されている。９は冷却ファンＦ近傍に配置された外気温検知のためのサーミスタ等の温度検知手段であり、冷却ファンＦにより画像形成装置内に取り込まれる外気を直接当てることにより外気温に近い温度検出を可能にしている。
【０１５４】
記録材上に形成された未定着トナー画像を加熱定着する加熱定着装置においては、加熱定着装置へ突入する前の記録材の温度は、加熱ヒータ２１（図２）へ投入する必要電力と大きな関係がある。
【０１５５】
すなわち、加熱定着装置の定着ニップ部に突入し、挟持搬送される記録材の温度が低い場合には、定着ニップ部において定着ローラ１０表面からより多くの熱量が記録材に奪われる。一方記録材の温度が高い場合には、定着ローラ１０表面から記録材に奪われる熱量が少なくなる。
【０１５６】
よってそれぞれの場合によって定着ローラ１０表面の温度を目標温度に保つために必要な加熱ヒータ２１への必要供給電力も異なってくる。
【０１５７】
以上のことから、本実施例では、外気温度検知手段９により測定された検知温度に応じて加熱ヒータ２１への目標供給電力を補正する。詳しくは外気温が１７℃以下の場合には、加熱ヒータへの目標供給電力を１０％増加し、外気温が３０℃以上の場合には、加熱ヒータへの目標供給電力を１０％減少させる。
【０１５８】
また、定着ローラ１０表面の目標温度を変更しても良い。例えば画像形成装置の外気温検知手段９により測定された検知温度に応じて、外気温が１７℃以下の場合には、定着ローラ目標温度を＋５℃変化させる。外気温が３０℃以上の場合には、定着ローラ目標温度を−５℃変化させる。
【０１５９】
また、この場合には加熱ヒータ２１への目標供給電力量も同様にシフトさせる必要があり、目標温度の変化に応じた供給電力量補正を行う必要がある。
【０１６０】
これは例えば、以下のように実験で求めた補正手段を用いて実施する。すなわち、表１に示すように定着ローラ１０表面の目標温度変化に応じて、各定着モードで加熱ヒータへの供給電力量を補正する。表１中の供給電力補正の欄は単位は％である。
【０１６１】
【表１】

【０１６２】
以上により定着ローラ１０の表面を加熱する加熱ヒータ２１への供給電力量、あるいは定着ローラ１０表面の目標温度を画像形成装置が使用される外気温に応じて、補正することで、外気温に近い温度の記録材が加熱定着装置の定着ニップ部の突入した際に、加熱ヒータ２１への最適な電力を供給する。
【０１６３】
これにより記録材が外気温と同等に冷えていたり、暖まっていた場合であっても、適度な供給電力で加熱ヒータ２１を加熱するため、定着ローラ１０表面の温度を目標温度に安定させることが可能になり、安定した記録材上の未定着トナー画像の加熱定着を行うことができる。
【０１６４】
〈実施例３〉
以下に、本発明の第３の実施例について説明する。本実施例では、記録材の厚みに応じて加熱ヒータへ供給する電力量を補正することで、ユーザの手を煩わせずに最適な加熱定着を提供する。
【０１６５】
本実施例に関する画像形成装置全体の構成を図８（ａ）に示す。図８（ａ）において前記実施例２で示した図７と同記号の部材に関しては、前記実施例２と同様であるため、説明を省く。また、本実施例における加熱定着装置の構成は前記実施例１で示した図２と同様であるため説明を省く。
【０１６６】
７０は紙の厚みを検知する紙厚センサーであり、記録材が搬送される転写位置より記録材搬送方向上流側に配置されている。
【０１６７】
紙厚センサー７０の詳細を図８（ｂ）に示す。本例では、一定ギャップを有する一対のローラ７２（芯金７１の外側に形成）・７５（芯金７４の外側に形成）間に記録材を通紙することにより、ギャップを形成している両端の突き当て部材７３・７３の浮き状態を検出することで紙厚を推定する。
【０１６８】
本例ではローラ７２および７５を導電性樹脂より形成し、導電性芯金７１および７４を各々電極として作用させ、記録材が通過していない状態のときは、導電性突き当て部材７３・７３をローラ７５に当接回転することで、芯金７１および７４両者間の導通を確保している。
【０１６９】
ここで、記録材の搬送を開始し、突き当て部材７３・７３の間に記録材を通過させる。この時、記録材の厚みが薄い場合には、突き当て部材７３・７３が浮くことはなく、よって芯金７１と７４の導通は確保されるため、検出部で所定電位が検出される。
【０１７０】
これに対し、記録材の厚みが厚い場合には、突き当て部材７３・７３がローラ７５から離間する。これにより、芯金７１と７４の導通は切れ、検出部７６で検出される電位は０Ｖとなる。
【０１７１】
本例では、突き当て部材７３・７３によって各ローラ７２および７５の間のギャップを１５０μｍとして設定した。よって紙厚検知は１５０μｍより薄いか厚いかの２通りで区別される。
【０１７２】
一般に記録材の厚みが厚い場合には記録材の熱容量が大きくなるため、加熱定着装置の定着ニップ部で定着ローラから記録材与えられる熱量が大きくなる。よって前記実施例１で示した加熱定着装置でも同様に熱量が奪われやすくなるため、定着ローラ１０の表面温度の低下は大きくなる。
【０１７３】
本実施例では、上記の紙厚センサー７０を記録材搬送経路に設け、搬送される記録材の厚みを検知し、厚みが厚い場合には、加熱ヒータ２１への供給電力を＋２０％とし、加熱ヒータ２１への供給電力に補正を加え、同時に定着ローラ１０の表面の目標温度を１０℃ｕｐする。
【０１７４】
これにより、例えば紙の厚みが厚い記録材（坪量１９９ｇ／ｍ^２、厚み１８０μｍ）が供給された場合には、定着ローラの１０表面で奪われる熱量が大きくなることが予測されるので、加熱ヒータ２１への目標供給電力を２０％増加し、定着ローラ１０の表面の温度を安定させる。
【０１７５】
以上、本実施例では、紙厚センサー７０を画像形成装置の記録材搬送域に配置し、検知された紙厚に応じて加熱ヒータ２１への供給電力を補正することで、定着ローラ１０表面の温度を所定温度に保ち、安定した加熱定着を行う。
【０１７６】
また、記録材の厚みを自動的に検知し、自動的に適正な供給電力を加熱ヒータ２１に供給することで、ユーザが紙厚に応じて定着モードをしていする必要がなくなり、ユーザビリティに富んだ画像形成装置が提供できる。
【０１７７】
〈その他〉
１）像加熱用回転体１０はローラ体に限られず、例えば回動ベルト体等にすることもできる。
【０１７８】
２）像加熱用回転体１０を加熱する外部加熱部材としての、固定保持される板状加熱ヒータ２１は実施例の形態のものに限られるものではなく、例えば電磁誘導発熱部材等にすることもできる。
【０１７９】
３）加圧部材３０も実施例の形態のものに限られるものではなく、弾性加圧ローラや弾性加圧ベルト等にすることも出来る。またこの加圧部材３０も外部加熱部材あるいは内部加熱部材等の熱源で加熱する構成のものにすることもできる。
【０１８０】
４）本発明の像加熱装置は、実施例の加熱定着装置としてばかりでなく、記録材上の未定着トナー画像を加熱して仮定着する装置、画像を担持した記録材を加熱して、つや等の表面性を改質する装置等としても使用できるものである。
【０１８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、立ち上がり時の昇温時間の短縮、消費電力の低減、さらには高速、高画質といったすべてにおいて優れた性能を達成し、クイックスタート性、定着均一性、高画質定着性を備えたオンデマンドタイプの像加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における画像形成装置の概略構成模式図
【図２】加熱定着装置部分の概略構成模式図
【図３】（ａ）は加熱ヒータ表面側の拡大図およびブロック図、（ｂ）は加熱ヒータ裏面側の拡大図、（ｃ）は加熱ヒータ横断面図
【図４】加熱ヒータへの供給電力量制御テーブル
【図５】加熱ヒータ供給電力量決定フローチャートと加熱ヒータ供給電力量補正フローチャート
【図６】定着ローラ表面温度推移を示すグラフ
【図７】実施例２における画像形成装置の概略構成模式図
【図８】（ａ）は実施例３における画像形成装置の概略構成模式図、（ｂ）は紙厚センサーの構成図
【図９】従来例の加熱定着装置（熱ローラ方式）の概略構成模式図
【図１０】従来例の加熱定着装置（外部加熱方式）の概略構成模式図
【図１１】従来例の加熱定着装置（フィルム加熱方式）の概略構成模式図
【符号の説明】
１０‥‥定着ローラ、１７‥‥テンションローラ、１８‥‥巻き取りローラ、１９‥‥耐熱シート、２０‥‥加熱部材、２１‥‥プレート状加熱ヒータ、２３‥‥温度検知手段、２４‥‥断熱ステイホルダー、３０‥‥加圧部材、３１‥‥摺動部材、３２‥‥断熱加圧ホルダー、３３‥‥薄肉フィルム

Claims (10)

1. 弾性層を有する像加熱用回転体と、固定支持され、上記像加熱用回転体の外表面との間で形成した第１ニップ部より、像加熱用回転体表面を外部加熱する板状加熱ヒータと、上記像加熱用回転体に圧接して第２ニップ部を形成する加圧部材と、を有し、
   上記第２ニップ部に記録材を導入して挟持搬送させることで記録材上の画像を加熱する像加熱装置であり、
   上記板状加熱ヒータに供給する目標供給電力量を設定し、画像加熱時に少なくとも上記像加熱用回転体が１周する範囲においては略一定の電力を加熱ヒータに供給することを特徴とする像加熱装置。
2. 第１ニップ部にシートを介在させ、該シートを間欠的に移動させて第１ニップ部におけるシート部分を更新する手段を有することを特徴とする前記請求項１に記載の像加熱装置。
3. 連続して記録材上の画像を加熱する場合、加熱ヒータへの供給電力量を記録材枚数に応じて徐々に小さく設定することを特徴とする前記請求項１あるいは２に記載の像加熱装置。
4. 像加熱用回転体表面の温度を検知する温度検知手段を有し、
   像加熱用回転体表面検知温度が目標温度から所定量ずれた場合に、加熱ヒータへの目標供給電力量に補正を加えることを特徴とする前記請求項１から３の何れか１つに記載の像加熱装置。
5. 加熱ヒータ背面に加熱ヒータの温度を検知する温度検知手段を有し、
   加熱ヒータ背面の検知温度が所定温度を越えた場合に、加熱ヒータへの目標供給電力量、像加熱用回転体表面温度の目標温度の少なくとも一方の値を下げることを特徴とする前記請求項１から４の何れか１つに記載の像加熱装置。
6. 像加熱用回転体表面の温度を検知する温度検知手段と、加熱ヒータ背面に加熱ヒータの温度を検知する温度検知手段とを有し、
   加熱ヒータへの通電を開始する前の像加熱用回転体表面温度、加熱ヒータ背面の温度、および加熱ヒータへの通電を開始してから記録材が第２ニップ部まで到達するまでの間の所定時間内の供給電力、所定電力供給時の像加熱用回転体表面昇温スピード、加熱ヒータ背面の温度上昇スピードの少なくとも１つの情報を元に加熱ヒータへの供給電力を決定することを特徴とする前記請求項１から５の何れか１つに記載の像加熱装置。
7. 像加熱用回転体の弾性層がスポンジゴムあるいは中空の充填材を含むことを特徴とする前記請求項１から６の何れか１つに記載の像加熱装置。
8. 記録材の面に未定着トナー画像を形成担持させる作像手段と、記録材の面に形成された未定着画像を永久画像として定着させる定着手段を有する画像形成装置において、定着手段が前記請求項１から７の何れか１つに記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
9. 画像形成装置の一部に外気温検知手段を設け、該検知手段の検知温度に応じて像加熱装置の加熱ヒータへの供給電力量に補正を加えることを特徴とする前記請求項８に記載の画像形成装置。
10. 画像形成装置に記録材の厚みを検知する厚み検知手段を有し、厚み検知手段によって検知された記録材の厚みに応じて像加熱装置の加熱ヒータへの供給電力量に補正を加えることを特徴とする前記請求項８あるいは９に記載の画像形成装置。

Images